W związku z jego osiągami dowództwo lotnictwa francuskiego podjęło decyzję o jego wprowadzaniu do służby i zamówiło ten samolot. Był to pierwszy samolot myśliwski w układzie dolnopłata produkowany seryjnie dla lotnictwa francuskiego. Pierwsze seryjne samoloty zaczęto dostarczać wiosna 1935 roku, łącznie wyprodukowano ich 97.
Potem uruchomiono następną odmianę samolotu oznaczoną jako Dewoitine D.501C1, który napędzany był mocniejszym silnikiem Hispano-Suiza Hs-12 Xcrs i wyposażony dodatkowo był w działko kal. 20 mm Hispano-Suiza HS9. Został on oblatany 9 listopada 1933 roku. Lotnictwo zakupiło 143 samoloty tej wersji.
W wytwórni jednak nadal pracowano nad jego modyfikacją. Zmieniono jego wyposażenie, przekonstruowano usterzenie, wzmocniono uzbrojenie i do napędu zastosowano silnik ze sprężarką doładowującą Hispano-Suiza HS-12 Ycrs o mocy 860 KM (632 kW). Tak opracowany samolot oznaczono jako Dewoitine D.510C1 i oblatano 10 sierpnia 1934 roku. Samolot w locie poziomym osiągnął prędkość 403 km/h i był pierwszym francuskim samolotem myśliwskim, który przekroczył prędkość 400 km/h.